机械电子控制技术范文

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中图分类号：S210.41 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）06-（页码）-页数

随着科学技术的不断发展，工程机械在能量消耗、作业性能、操作适宜程度方面的要求越来越高。本文基于一种全新的节能控制理念，借助于电子节能控制技术，进行工程机械的节能控制管理，节约了能量的消耗。下面先讲解一下广义节能的含义。

1.广义节能的含义分析

1.1广义节能含义

工程机械进行能量的转换以及能量的传递，可以给外面的负载提供有效功，做出有效功率。考虑到工程机械属于协同作业类型，有两个方面可以影响到工程机械的输出功率，一个是功率的传递情况，另一个是不同功率间的配合情况。现在人们对工程机械的节能控制大多关注在功率传递方面以及供应方、需求方的匹配方面，却没有关注不同功率间的配合情况。作用功率为工程机械在单位时间里完成的作用量。在提高作用功率的同时就会加大能量的消除程度，降低作业功率的同时就会降低能量的消耗程度。作用功率同功率之间呈反比例关系，为此，需要在一样的作用功率下进行能源消耗数据资料的比较。广义节能含义有以上说到的四点内容，分别是匹配、效率、不同功率间的配合以及作业效率。

1.2典型的工程机械功率图分析

站在能量的角度看待工程机械的全部过程，其实就是不同类型的能量之间进行的传递过程、转换过程以及做功过程。研究工程机械能量控制管理，不能没有工程机械流图的分析研究。以柴油机为例进行的能量转换过程，都来源于柴油提供的化学能量。首先是柴油机转换柴油的化学能为机械能，在这个过程中可以借助于电控喷油或者全程调速的技术方式降低柴油机的能耗指数，提高其动力性能。在液压泵里，把接收到的机械能量转成液压能量，液压泵的动力性能可以借助于压力切断、恒功率控制等方式来改善。考虑到柴油机是能量的供给方，液压泵是能量的需求方，要想改善这种供求关系时，可以进行功率荷载控制管理以及转速控制管理。液压阀接收泵释放的液压能，借助于液压系统内部的压力和对应的执行部分，进行协同动作。液压阀会受到阀控制系统的控制管理，把液压阀状态当成流量需求方面以及操作图方面的代表。把液压泵、液压阀分别当成流量方面的供求方以及需求方。这种供求关系要想良好的匹配好，还需要借助于负荷的传感控制管理以及负流量方面的控制管理。液压阀液压会被马达吸收，传出机械能量。执行元件传出的一部分机械能量会对外负载全面做功。

2.工程机械电子的节能控制技术分析

2.1全局节能控制体系

基于广义意义，进行工程机械电子的节能控制，要进行研究的对象是负载情况以及整体情况，把多执行部分进行的协调管理控制、原来工程机械电子的节能控制技术以及作业效率这三个部分之间相互结合起来，能够为了统一的目标进行最优化的工程机械节能控制管理。要想良好地定量好工程机械节能控制技术的最终节能效果，还需要定义出以下关于节能方面的指标。在单位油耗内、单位时间段内，工程机械做出的对外有效功，即有效功率比上油耗，被称为全局节能指标。它涉及到了多执行部分进行的协调管理控制、原来工程机械电子的节能控制技术以及作业效率这三个方面，可以全面地比较和分析工程机械节能效果。把工程机械全局的节能指标当成总的大目标，可以构成一个全方面的、多个层次的工程机械节能体系。

2.2全电控系统

原来的节能控制虽然有了很大的节能控制效果，但从以下几个方面，打破原来的节能控制管理范畴，还能够取得更多的节能效果。一是改变原来的参数功率，进行柔性的参数功率匹配；二是借助于作业模式技术，进一步完善功率分配系统，这种系统属于一种动态系统，能够基于作业模式上；三是清晰明白驾驶员的意图，完善作业效率控制系统，这种系统能够基于操作模式上。从以上三个方面进行工程机械的电子节能控制，还需要有全电控制的执行层面以及分布管理方式的控制层面，组成一个全新的工程机械电子节能控制功率系统。全电控转动部分由液压马达、控制阀、液压泵、柴油机构成，这些部分都是电控制的。全电控进行元件之间的转换以及功率之间的传递，让硬件功能变的优化，也增加了硬件之间的通用性。这样一来，就能够进行更方面深入的感知，也更加广泛地进行控制管理。全电控制管理系统的专用作用以及控制作用由软件承担，能够在线调节相关的控制参数，让其适应现实的操作情况以及工作情况。做到参数的柔性化管理，取得广义的节能效果。

2.3分布控制系统

信号、数据的处理速度给节能控制提出了更高的要求，为此，需要使用专门的能够基于总线的各类控制管理器，例如液压阀的控制管理器、液压泵的控制管理器、发动机的控制管理器，让这些控制器之间能够良好地连接高速总线，组成一个能够基于总线的控制系统。其中发动机控制管理器控制喷油量根据的是发动机自身的运行数据以及用户做出的指令，基于总线接收别的控制管理器进行控制指令。液压泵的控制管理器会参考液压泵在出口位置处的压力信号，调节整理液压泵的排量信号，然后发给总线数据，也是基于总线接收别的控制管理器进行控制指令。液压阀控制管理器会受到相关工作人员实施的操作指令，在接收指令后控制管理液压阀，然后传输给总线相关的数据信息，并且能够基于总线来接收别的控制指令。这种基于总线的系统，大大地提高了信息数据的传输速度以及处理速度，也能够达到实时控制在功率管理控制方面的要求。

3.总结

原来的工程机械节能控制存在着不少的缺点，打破这种体系的关键就是进行工程机械的全局电子节能控制管理，实现参数的动态匹配，建立动态功率系统以及作业管理系统，使工程机械节能控制有一个良好的控制效果，并且指明工程机械电子节能控制技术以后的发展趋势。

参考文献

[1]吴文静，刘广瑞. 数字化液压技术的控制方法研究[J].液压气动与密封. 2007（06）

[2]赵波，刘杰，戴丽，邓子龙. 挖掘机液压系统的节能技术分析[J].流体传动与控制. 2007（04）

[3]方桂花，潘海涛. 切管机液压平衡回路的节能分析[J].液压与气动. 2009（08）

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1 机械电子工程节能控制技术研究中存在的问题

1.1 部分工作人员思想观念陈腐

机电工程与其他行业有很大区别。与其他行业相比，机电工程更具技术性。因此，在研发过程中，总会出现一些技术瓶颈。这些技术障碍并不能使产业进步。行业内部存在的诸多问题对行业发展起着重要的阻碍作用，有一个关键原因在于员工的思想观念，虽然存在技术上的困难和瓶颈，但思想观念的陈旧是阻碍行业内部发展的关键原因，虽然有些员工没有很强的技术研究能力，但是他们没有很强的技术研究能力这也是控制技术创新发展中存在的一些疑问，不明白为什么要在电子工程中开展一些节能技术的研究，所以在具体工作中这些人员往往存在工作不积极、不主动开展工作的现象。在汽车企业中，虽然有一些研发人员工作能力和研发能力较强，但不可否认的是，这些人员对节能技术的使用并不是很认可，甚至有疑虑，因为根据以往的技术研发，机电工程的工艺和施工过程中不需要使用节能技术，也有人怀疑节能技术是否具有很强的优势和一定的作用，因此他们没有投入更多的精力在研发上，这也是由于科研人员观念落后造成的技术研究落后的局面。

1.2 缺乏专业的技术人员

人才是当前机电工程发展过程中的关键因素。如果没有人才，那么机电工程就无法顺利发展。技术创新也需要大量的人才和积极的研究作为支撑。但从目前机电工程行业的发展现状来看，该行业人才匮乏，大部分员工技术能力不强，工作积极性不强，对一些研发工作热情不高，阻碍了行业的发展。节能控制研究岗位本身对人员的技术能力和业务素质要求比较高，总体上人员少，素质差。从汽车领域，我们可以看到节能技术的使用现状。这些员工，无论是研发人员还是技术人员，对这项技术了解甚少，无法更合理地使用这些技术。在整个研究过程中，他们无法提供技术帮助。我国汽车工业有着很长的发展时期，但技能和技术的运用仍然非常困难，这是非常重要的原因之一，缺乏更专业、更具技术研究能力的专业人才。

2 解决机械电子工程节能控制技术问题的具体措施

2.1 加强理念意识的培养

为了有效地促进机电工程节能控制技术的发展，必须改变技术人员和管理人员的传统工作观念。通过相关培训，邀请一些业内知名人士授课，让他们充分了解节能控制技术，认识到节能控制技术对机电工程的重要性，切实提高观念和思维。同时，他们还可以提高自己的专业技能和敬业精神，传授一些新的思想，使自己的思想能够跟上时代的发展，从而在思想源头上接受和认识节能控制技术应用的重要性。

2.2 加速节能技术改革创新

一切都在不断变化，社会在发展进步，机电工程在变化。虽然目前的节能控制技术对当前的机电工程有一定的促进作用，但如果机电工程仍在不断地改革和进步，节能控制技术仍在原地不动，那么节能控制技术就不复存在了迟早不会对机电工程的发展起到作用。因此，为了保证机电工程的可持续发展，必须及时对节能控制技术进行改革和创新。一是实施全电控节能控制技术。对于机电工程系统而言，液压泵、电比例马达、电比例液压阀和电喷柴油机共同组成一个以全电控为工作方式的传动系统，进一步实现了先进的智能控制和感知的进一步深化实现了分布式节能控制技术。在建立全电控液压系统的过程中，必须对系统的压力系统进行有效的控制程度处理，以达到节能的目的；三是进一步加强全电控液压系统的节能控制，进一步降低能耗。

3 未来发展趋势分析

在机电工程不断发展的过程中，节能控制技术的研究是一个重要的组成部分，零部件的节能研究也应受到重视。随着机电工程的不断发展，大量的零件被添加进来，不仅在数量上，而且在类型上。在机电工程节能控制技术研究过程中，如果发现磨损较严重的零件频繁更换，将导致工程造价的增加和资源消耗的增加。因此，必须不断研究和改进节能技术，降低零件的磨损程度，保证零件的使用寿命，从而建立完善的机电工程节能控制系统，使机电工程不断向高水平方向发展。此外，通过机电工程节能控制技术的不断创新和优化，可以提高产品加工的整体效率，降低整体能耗水平，提高机电工程的整体安全性和稳定性。在此基础上，促进我国机电厂的可持续发展，促进我国机电工程行业创造更多的实用价值。但从目前的发展现状来看，机电工程还需要提高节能技术的创新和管理水平。

结束语

通过以上分析，机电工程的建设和运行可以促进我国现代化建设的全面发展，也可以不断完善各地的工程体系。在未来机电工程不断发展的过程中，我们要不断完善节能控制新技术的合理应用，从而使机电工程的全面发展，最大限度地发挥机电工程的价值，为中国社会主义经济建设的快速稳定发展提供相应的基础。

参考文献

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一、引言

自卸车是指利用液压或机械举升，实现自行卸载货物的车辆，又称为翻斗车。二十世纪五十年代，北美等发达国家首次在矿山开采中采用无轨胶轮车技术，1959年，英国在开始采用防爆柴油机带动无轨胶轮车进行矿山开采。与发达国家相比，我国的矿山自卸车技术起步较晚，早期以小型蓄电池机车、电动轮拖车和小绞车为主，运输效率低、需要人员多及中间环节复杂。伴随国际民经济高速发展，大型煤矿、金矿和铁矿等不断增多，对大型矿山自卸车装备及其自动化水平的需求越来越高。由于复杂的使用环境，赋予矿山自卸车具有载重量大、爬坡能力强、车速平稳、轴距较短等特点，同时对输出功率和扭矩的要求较高，用于保证在多坡多弯道的路况及满载运行状态下能够顺利、平稳工作。

二、控制系统设计

自卸车系统工作能量来源于与柴油机同轴的发电机，电流经过整流-逆变后传递给驱动电机，通过对驱动电机的有效控制实现自动卸载负载的功能。控制系统系统采用ATmegal16L单片机和电动机专用驱动芯片MC33035对驱动电机进行联合控制，控制系统由ATmegal16L单片机、控制按钮、整流单元、通信单元、控制芯片MC33035、位置检测电路、测速模块、脉宽调制电路、驱动保护电路、桥式逆变电路和保护电路组成（控制系统结构框图如图1所示），其中ATmegal16L单片机负责采集外界指令和电机位置、转速信号，并进行运算处理；MC33035根据单片机的控制信号，确定电机的动作方式如启动、正转、反转和制动等， MC33035采集霍尔传感器的电机位置信号调用内部程序确定相应的IGBT管导通，使电机持续转动起来，并根据测速模块的电机电压信号确定电机的速度，完成速度的闭环控制。

控制系统软件分为AVR单片机控制电机部分和基于CAN总线的通讯部分。电机控制部分主要完成AVR单片机的初始化、系统运行状态检测、信号的处理及电机软制动，主程序流程图如图2所示。

三、结论

伴随国家安全监管总局“机械化换人、机器人作业、自动化减人”科技强安专项行动的开展，对露天矿自卸车系统的可靠性和智能化水平提出更高的要求。本文从硬件电路和软件程序两方面对露天矿自卸车系统进行设计，系统能够对露天矿自卸车电机进行有效控制。

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目前，我国纺织品的出口主要为低端产品。虽然我国纺织产品的生产总量已位居世界之首，但国内的纺织设备普遍比较落后，纺织业仍为劳动密集型行业。如何使我国纺织业真正成为世界纺织行业的领头羊，离不开具有自主知识产权的高效自动化纺织机械设备的支撑。随着最近贸易保护主义和国外技术的封锁，我国纺织业的弱点暴露无疑。提高纺织设备的自动化水平，必须走向自主开发高端纺织机械的道路上来。

1. 纺织机械控制系统计算机语言的Web开发

利用Web技术开发纺织机械机电一体化控制系统是当前纺织机械的主流技术。Web技术的开放性使其在自动化控制系统中的应用越来越广泛，Web技术正逐步取代传统的开发模式。Web技术开发方法目前较为流行的是B/S体系结构模式。

(1) 构建树形文本数据库

采用W3C定制的XML数据交换标准作为应用系统开发的数据描述方法，通过建立树形模型描述数据文件，针对每一个应用模块建立相应的树，包括根(应用本身)、节点（程序、数据）、节点下的子节点(程序、数据所对应的单位)等等。

(2) 数据驱动的开发

W3C提供的DOM规范，是一种能够访问和操纵XML文件的方法。它可以使XML成为与应用无关的跨平台编程语言。在自动化控制系统中采用DOM接口，利用XML和HTML文档， 提供可靠、可扩展的数据开发引擎。采用microsoft的DOM引擎实现DOM功能，是目前公认相当准确的一个。

(3) 控制系统的查询语言

数据文件内容的查询语言，一般采用XQL语言。XQL与SQL相似，但也有区别。由于XML存储数据方式的不同，XML拥有SQL不能提供的同属元素索引和绑定数目字段的操作。XQL可以实现一对一或一对多个XML文件的查询，随着DOM查询引擎的不断完善，DOM将是搜索XML文件的有效方法。

2. 纺织机械自动化控制系统的设计方案

(1) 纺织机械自动化控制系统的软件设计方案

纺织机械自动化控制系统软件由PLC主程序和伺服控制器程序两部分组成，包括通讯发送程序、通讯接受程序、通讯中断程序、定时中断程序等。利用软件实现电机的高频率倒顺运转，并通过控制电机的位置关系保证纺织产品的质量，同时还需考虑各种生产过程中可能出现的停车和启动的特殊条件。变频器主要是通过构件的内部功能模块完成测取主电机的信号、控制自身变速运转功能。

(2) 纺织机械自动化控制系统的硬件设计方案

整个控制系统的硬件采用电机数控技术，利用伺服控制器、伺服电机、编码器组成计算机控制系统，通过PLC协调各驱动部件间的同步运转，从而将传动系统简化到了最低限度，间接消除了因机械原因引起的停车故障，提高了整机运转的可靠性和工作效率，也使生产效率得到相应的提高。

多电机传动系统的纺织机械控制系统通过各个逻辑器件之间的串行通讯端口，以及伺服控制器的数字频率信号的输入、输出接口，使各伺服控制器之间利用数频线逐级相连，从而保证了数据传输的精确度和可靠性。多电机传动控制系统由人机交换界面、PLC模块、变频器、伺服控制器和其他辅助器件组成：

控制对象：多电机控制系统中的电机组，通常为为三相异步电动机和交流伺服电机。

a. 主电机采用变频电机传动，工作轴上安装编码器；

b. 伺服电机控制工作轴完成逆顺转动作；同时，伺服电机所带编码器应保证与主电机的同步；

(3) 纺织机械自动化控制系统原理

主电机带动工作轴，工作轴的主编码器产生信号，并作为伺服电机的控制信号，伺服控制器接收到信号后，传输给伺服电机，伺服电机经编码器得到反馈信号，形成闭环控制，从而实现纺织机械的自动化运转。整个纺织机械的工作部件都以链接主编码器的工作轴作为参考，主编码器的工作信号作为控制其他工作轴的参考信号。伺服控制器、主电机变频器通过内部总线连接，利用总线传输主编码器的工作信号。整机系统产品的检测部分由PLC模块完成，包括安装的行程开关，光电开关等等。而系统的运行状况就可以通过人机交换界面的进行显示，对存在故障的参数进行相应的调整。

图1. 纺织机械自动化控制系统简图

3. 开发纺织机械机电一体化技术的难点

(1) 纺织机械的快速反应技术

设计纺织机械运动构件时，如何做到运动构件的快速反应，是实现纺织业自动化生产的核心技术。如某精梳工艺的锡林最高速度达到500多钳次/分钟，即要求分离罗拉和钳板摆轴的伺服电机能够满足每秒超过8.5次的逆顺转次数，锡林轴的回转保持同步和连续生产的情况下不发热的技术指标。

(2) 纺织机械的同步运转技术

保证运动部件快速反应的同时，还需保证运动部件与伺服电机的同步。如精梳机分离罗拉与钳板摆轴运动规律，要求伺服电机依据编码器和PLC控制程序按照分离罗拉与钳板摆轴的运动规律保证主电机同步。精梳机的分离罗拉技术要求是保证每钳次输出长度为26.482mm。伺服电机必须满足与锡林变频电机同步的要求。

结语

使我国纺织业真正成为世界纺织行业的领头羊，还有很多的路要走。由于国内企业使用的控制系统主要为西门子产品，且由西门子产品进行二次开发的纺织机电一体化产品也取得了一定成果。

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供水事业的稳定发展关系着人民群众的正常生产和生活，也关系着经济的正常发展和社会的稳定。在供水事业中积极运用电气自动化控制技术，不仅可以降低人力成本，提高工作效率，还可以减少供水工作中的人为错误，保障供水质量。

1 供水设备机械电气自动化控制技术的功能和优点

与传统的供水设备相比，电气自动化控制技术能够有效的提高供水工作的效率，促进供水企业的健康发展，其具有以下几个方面的功能和优点。

1.1 具有良好的自身保护功能

在电气自动化控制系统中具有较少的控制独享数量，能够在短时间内进行数据的搜集和分析，并且具有自动保护装置，这也使电气自动化控制系统能够搜集到详实、可靠的数据。在供水设备中应用该项技术，能够避免工作内容、设备所处环境对数据准确性造成的影响，避免供水工作受到各种因素的影响，将各种负面作用降低到最小。通过电气自动化控制系统中的自动保护装置，能够针对各种问题进行及时响应，从而对供水设备进行有力的保护[1]。

1.2 工作效率高

电气自动化控制系统主要是靠各个相应的程序来控制整个工作过程，并且及时记录涉及的各种数据，该系统可以以供水设备所处的位置改变为依据，及时地更新操作代码，从而保障工作指令的可靠，及时向供水设备传递工作指令。与人工操作相比，自动化控制系统能够进一步减少人为失误，提高供水工作的效率，并且及时向相关位置传递操作指令，减少传递过程中的延误。

1.3 具有良好的环境适应性

供水设备机械电气自动化控制技术能够有效地提高供水设备的环境适应能力。由于供水设备所处的工作环境较差，如果要使用人工操作的方式，则需要职工长期处于恶劣的环境中进行工作，不仅对职工的人身健康造成了恶劣的影响，而且也会影响操作的及时性和准确性，有一些供水设备所处的环境过于恶劣，职工甚至难以深入。此时就可以使用电气自动化控制技术，通过自动化技术来对供水设备进行远程操控，避免职工在恶劣的工作环境中工作，同时提高供水工作的质量，进一步降低人为误差，使供水事业的发展更加稳定[2]。

1.4 具有更快的远程传播速度

在供水设备中使用电气自动化控制技术，能够对系统进行全面的控制，及时地传输信息。与人工操作相比，该系统具有更快的远程传播速度，能够通过远程监控的方式对各种数据信息进行监控和传播，使用远程监控设备来进行信号输出。这样可以减少职工对供水设备的近距离操作，从而完全实现远程控制监控对象。

2 供水设备机械电气自动化控制技术的设计概述

2.1 积极应用集中监测理念

所谓的集中监测理念也就是通过处理器来有效的控制供水设备，其优势在于能够对整个运行过程进行有效的维护，操作较为便利，能够充分地完成供水设备的运行工作。如果供水设备出现故障，还能够进行便利的维修，从而保障了供水设备运行的稳定性。但是集中监测理念的运用也存在一些不足，尽管通过独立处理器能够使工作程序大幅度简化，然而也造成了处理工作过于集中，从而拖慢了处理的速度。特别是当控制任务越来越多时，成本也会越来越高。因此集中监测理念只适合在短距离的监控中使用，随着距离的拉长，电缆成本和供水质量都将受到很大的影响，操作失误也会越来越多。因此，当前只在简单的防护设备中应用集中监测理念。

2.2 集中应用远程监控理念

远程监控理念也就是对供水设备进行远程监控，并进行远程信号的输入和输出，远程监控理念的优点在于布设电缆时可以依照距离的远近来进行合理的安排，从而使电缆的用量得到了降低，供水费用也得到了减少。远程监控理念使用的材料比较简单，并能够收集和分析信息，对供水设备进行有效的远程监控。但是远程监控理念也存在一些问题，具体表现为无法对该项技术的特征进行充足的反应。如果需要进行远程监控，就必须进行远程输送和处理，这也带来了比较繁重的数据传输任务，数据传输的速度也会受到影响。远程监控过程中还存在着一定的数据流失[3]。

2.3 积极利用现场总线监控理念

现场总线监控理念主要是对工作现场进行总体监控，在处理器中集中所有的自动化控制功能，从而保障供水设备能够正常运行，收集和处理所有的数据。现场总线结构理念的优点在于能够对供水设备的运行全过程进行有效的监控，监控的可靠性也得到了有效的保障，对供水设备的监控效率较高，监控数据的整理和传输过程中的错误率得到了降低。然而现场总线监控理念属于现场总线监控，如果管理不善，可能会造成控制功能的混乱，难以对监控信号进行全面地收集和传输，从而影响了供水工作的顺利进行。

在供水设备机械电气自动化控制技术中，应该综合应用以上三种理念，从而以数据、距离、信号方面的要求为基础，来选择合适的理念和技术，并对其进行完善，使供水工作的需求得到充分的满足，不断提高电气自动化控制技术。总体而言，电气自动化控制技术与信息技术的结合，能够有效地提高供水设备的工作效率。结合信息技术能够有效的提高监控的效率，并对供水设施的运行情况进行在线监控，由员工在操作室中通过视频的方式进行监控，有效地提高了该技术的通讯功能，从而更好地发挥供水设备的作用，推动供水设备机械电气自动化控制技术的进步。

3 结语

自动化控制技术能够有效地提高供水设备的运行稳定性，监控供水设备的运行情况，有效的降低人力资源成本，提高供水工作的效率，促进供水企业的健康发展。因此应该在供水设备中积极引进自动化控制技术。

参考文献：